14-11. Измерение расхода при малых числах Рейнольдса

Во многих случаях инженерной практики приходится встречаться с необходимостью измерения расхода при малых числах Рейнольдса. Выше отмечалось, что коэффициенты расхода стандартных сужающих устройств при числах Рейнольдса ниже граничных изменяются с изменением числа Рейнольдса. Эти изменения не всегда могут быть учтены с помощью поправочных множителей, так как коэффициенты расхода изменяются не всегда закономерно. Так, например, для стандартных диафрагм с уменьшением числа Рейнольдса ниже граничного они вначале увеличиваются, а затем при дальнейшем уменьшении числа Рейнольдса очень быстро падают. Это обстоятельство исключает возможность применения стандартных

Рис. 14-11-1. Схема установки сдвоенных диафрагм

сужающих устройств для измерения расхода вязких веществ (мазута, масла, газов с большим содержанием водорода и т. д.). Кроме того, стандартные сужающие устройства не могут быть использованы для измерения расхода в трубопроводах малого диаметра Поэтому является вполне естественным стремление создать такие формы сужающих устройств, которые обладали бы постоянством коэффициента расхода в указанной области чисел Рейнольдса.

Рис. 14-11-2. Исходный коэффициент расхода сдвоенных диафрагм в зависимости от основной диафрагмы.

Исследования показали, что снижение граничных значений чисел Рейнольдса, а вместе с тем обеспечение постоянства коэффициента расхода при малых и средних числах Рейнольдса могут быть достигнуты установкой перед основной диафрагмой второй дополнительной диафрагмы при определенном отношении диаметров основной и дополнительной диафрагм и при определенном расстоянии I между ними, обычно при (рис. 14-11-1). Отбор давления производится у передней плоскости дополнительной диафрагмы 1, а отбор давления у задней плоскости основной диафрагмы 2. Дополнительная диафрагма является вспомогательным устройством, направляющим поток в основную диафрагму. При этом угол характеризует направляющее действие дополнительной диафрагмы и в значительной степени определяет характер движения потока через основную диафрагму. Угол для значений сохраняет почти постоянное значение Вследствие этого, по-видимому, коэффициент сужения сдвоенных диафрагм остается практически постоянным для всех значений и превышает значения коэффициента сужения для стандартной

диафрагмы. В соответствии с этим у сдвоенных диафрагм больше и значения коэффициентов расхода по сравнению со стандартными диафрагмами. Значения «н в зависимости от основной диафрагмы приведены на рис. 14-11-2. Сдвоенные диафрагмы обладают постоянством коэффициентов расхода в достаточно широком интервале чисел Рейнольдса от 3-103 до По потере давления сдвоенная диафрагма занимает промежуточное место между стандартной диафрагмой и соплом (рис. 14-2-11).

Рис. 14-11-3. Исходный коэффициент расхода сдвоенных диафрагм в зависимости от основной диафрагмы.

Расчет диаметра отверстия основной диафрагмы производится аналогично с стандартной диафрагмой (§ 14-9).

При определении диаметра отверстия основной диафрагмы коэффициент расхода для сдвоенных диафрагм находят по рис. 14-11-3 в зависимости от где

Диаметр отверстия дополнительной диафрагмы определяется по рис. 14-11-4 в зависимости от основной диафрагмы при условии, что расстояние между ними Требования, предъявляемые к изготовлению основной и дополнительной диафрагм, а также кольцевых камер или отдельных отверстий для отбора давлений остаются Теми же, что и в случае стандартных диафрагм.

Следует отметить, что шероховатость трубопровода немного увеличивает коэффициент расхода сдвоенных диафрагм. Необходимые длины прямых участков труб перед сдвоенными диафрагмами приблизительно на 10% меньше, чем у стандартных диафрагм 170].

Кроме рассмотренных сдвоенных диафрагм имеются и другие типы сужающих устройств, которые подвергались исследованию с целью выявления их возможного использования для измерения расхода при малых числах Рейнольдса, а также в трубопроводах

небольшого диаметра. Наиболее известными из этого числа сужающих устройств являются сопла с профилем в четверть круга, сопла без цилиндрической части с профилем стандартного сопла, сопла с профилем полукруга и диафрагмы с двойным скосом.

Из числа перечисленных сужающих устройств большее внимание заслуживают сопла с профилем в четверть круга для измерения расхода при малых числах Рейнольдса, схематично показанные на рис. 14-11-5. У сопла при (рис. 14-11-5,а) дуга его профиля плавно сопрягается с линией торца на входе потока, а при (рис. 14-11-5, б) дуга профиля получается срезанной, так как торец обтачивается до диаметра

Рис. 14-11-4. График для определения дополнительной диафрагмы в зависимости от основной

Рис. 14-11-5. Сопла с профилем в четверть круга.

Средние ориентировочные значения исходных коэффициентов расхода этих сопл для определенных значений приведены в табл. 14-11-1.

Таблица 14-11-1 (см. скан) Основные характеристики сопл с профилем в четверть круга

Таблица 14-11-2 (см. скан) Основные характеристики сужающих устройству применяемых при малых числах

Немецкие нормы 6-е издание) рекомендуют применять сопла с профилем в четверть круга (рис. 14-11-5,а) для измерения расхода в интервале чисел Рейнольдса от до при

На рис. 14-11-6 представлены другие типы сужающих устройств для измерения расхода при малых числах Рейнольдса. Область граничных чисел Рейнольдса и значений для этих сужающих устройств приведены в табл. 14-11-2. При изготовлении их необходимо руководствоваться основными размерами, указанными на рис. 14-11-6.

В отношении условий установки и производства измерений с помощью рассмотренных сужающих устройств должны соблюдаться те же меры предосторожности, что и для стандартных сужающих устройств.

Рис. 14-11-6. Сужающие устройства для измерения расхода при малых числах Рейнольдса. а — сопло без цилиндрической части; б - сопло с профилем полукруга; в диафрагма с двойным скосом; г - диафрагма с двойным скосом.

Согласно указаниям Правил 27-54 сужающие устройства, рассмотренные в настоящем параграфе, необходимо подвергать индивидуальной градуировке в пределах тех чисел Рейнольдса, при которых они будут применяться.